JP2010122484A - Liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display device.
一対の電極間にコレステリック液晶層を有し、駆動電圧を印加することで、当該コレステリック液晶層の配向パターンを、フォーカルコニック相(F相)、プレーナ相(P相)、又はホメオトロピック相(H相)に適宜変化させ、外光を反射又は透過させて画像を表示する媒体(例えば電子ペーパー)が提案されている。 By having a cholesteric liquid crystal layer between a pair of electrodes and applying a driving voltage, the orientation pattern of the cholesteric liquid crystal layer is changed to a focal conic phase (F phase), a planar phase (P phase), or a homeotropic phase (H A medium (for example, electronic paper) has been proposed in which an image is displayed by appropriately changing the phase) and reflecting or transmitting external light.
このようなコレステリック液晶層を使用した表示装置では、高い反射率と、低い駆動電圧が求められる。例えば、消去電圧を不要とするため、液晶層を挟む基板間の一部に圧力を加えて液晶層の流れを作ることにより画像を消去する表示装置が提案されている(特許文献1参照)。また、感熱性の形状記憶材料層と、コレステリック液晶層とを備え、サーマルヘッド又はレーザー光を利用した温度変化により描画を行う記録媒体が提案されている(特許文献2参照)。
本発明は、低電圧でメモリー性のある表示を実現する液晶表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that realizes a display with a low voltage and a memory property.
請求項1の発明は、対向配置された一対の電極間にコレステリック液晶層が配置され、該液晶層の配向状態により外光を反射又は透過させて画像を表示する液晶表示媒体と、前記液晶表示媒体の表示面とは反対側に配置されている静電アクチュエータと、を具備し、前記静電アクチュエータにより前記液晶表示媒体に圧力を印加して前記液晶層をプレーナ状態にした後、画像データに応じて前記液晶表示媒体の特定領域に前記一対の電極を通じて電圧が印加されることにより前記液晶層の配向状態を変化させて画像を表示することを特徴とする液晶表示装置である。
請求項2の発明は、前記液晶表示媒体が、前記電極間に前記液晶層を仕切る隔壁を有し、前記静電アクチュエータが、前記液晶表示媒体の前記隔壁に対応する位置に隔壁を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置である。
請求項3の発明は、前記液晶表示媒体が、互いに異なる波長域の光を選択的に反射する複数の液晶層が積層された構造を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶表示装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal display medium in which a cholesteric liquid crystal layer is disposed between a pair of opposed electrodes, and an image is displayed by reflecting or transmitting external light depending on the alignment state of the liquid crystal layer, and the liquid crystal display An electrostatic actuator disposed on the side opposite to the display surface of the medium, and applying pressure to the liquid crystal display medium by the electrostatic actuator to bring the liquid crystal layer into a planar state, Accordingly, a voltage is applied to the specific area of the liquid crystal display medium through the pair of electrodes to change the alignment state of the liquid crystal layer and display an image.
According to a second aspect of the present invention, the liquid crystal display medium has a partition that partitions the liquid crystal layer between the electrodes, and the electrostatic actuator has a partition at a position corresponding to the partition of the liquid crystal display medium. The liquid crystal display device according to claim 1.
The invention of claim 3 is characterized in that the liquid crystal display medium has a structure in which a plurality of liquid crystal layers that selectively reflect light in different wavelength ranges are laminated. Liquid crystal display device.
請求項1に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、低電圧でメモリー性のある表示を実現する液晶表示装置を提供することができる。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、低電圧でメモリー性のある表示をより確実に実現する液晶表示装置を提供することができる。
請求項3に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、低電圧でメモリー性があり、多色表示を実現する液晶表示装置を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device that realizes a display with a low voltage and a memory property as compared with the case without this configuration.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device that can more reliably realize a display with a low voltage and a memory property as compared with the case where this configuration is not provided.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to provide a liquid crystal display device that has a low voltage and a memory property and realizes multicolor display as compared with the case without this configuration.
以下、添付図面を参照しながら実施形態について具体的に説明する。なお、実質的に同一の機能及び作用を有する部材には、適宜全図面を通じて同じ符合を付与又は符号を省略し、重複する説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that members having substantially the same functions and actions are given the same reference numerals or symbols throughout the drawings as appropriate, and redundant descriptions are omitted as appropriate.
まず、コレステリック液晶の配向特性について説明する。図1は、コレステリック液晶の配向状態を模式的に示している。コレステリック液晶は、液晶分子が層状に配列するとともに層ごとに螺旋状にねじれた構造となる特性がある。このような螺旋構造を有するコレステリック液晶層の螺旋軸方向から入射した光のうち、螺旋ピッチに依存した特定の光を干渉反射し、電界強度によって配向が変化して反射率が変化する。具体的には、螺旋軸がセル表面に対してほぼ垂直になり、入射光に対して特定波長の光を選択的に反射するプレーナ相(図1(A))、螺旋軸がほぼセル表面に平行になり、入射光を前方散乱させながら透過させるフォーカルコニック相(図1(B))、及び、螺旋構造がほどけて入射光をほぼ完全に透過させるホメオトロピック相(図1(C))、の3つの状態を示す。 First, alignment characteristics of cholesteric liquid crystal will be described. FIG. 1 schematically shows the alignment state of the cholesteric liquid crystal. Cholesteric liquid crystal has a characteristic that liquid crystal molecules are arranged in layers and each layer has a spiral twisted structure. Among the light incident from the direction of the helical axis of the cholesteric liquid crystal layer having such a helical structure, specific light depending on the helical pitch is interference-reflected, and the orientation changes depending on the electric field strength, thereby changing the reflectance. Specifically, a planar phase in which the helical axis is substantially perpendicular to the cell surface and selectively reflects light of a specific wavelength with respect to incident light (FIG. 1A), and the helical axis is substantially on the cell surface. A focal conic phase (FIG. 1 (B)) that is parallel and transmits incident light while being forward scattered, and a homeotropic phase (FIG. 1 (C)) that unwinds the helical structure and transmits the incident light almost completely. The three states are shown.
このようなコレステリック液晶を用いた反射型の液晶表示装置では、一般的に、ホメオトロピック配向への閾値以上の電圧を印加した後、急速に電界を除くとプレーナ配向となり、コレステリック液晶の螺旋ピッチに応じた反射色を示すことになる。しかし、一旦ホメオトロピック配向を経由するため、駆動電圧が高く、高価な駆動ICが必要であり、高精細化に伴い駆動ICの数が飛躍的に増加しコストが高くなるといった問題がある。また、電界によるプレーナ配向状態では、反射率が低く、液晶本来の反射率が十分利用できていないという問題もある。そのため、十分な反射率を得るためには液晶層の厚さを大きくする必要があり、その結果、駆動電圧が高くなってしまう。
一方、圧力印加によってコレステリック液晶層をプレーナ状態にすれば、電界によってプレーナ配向状態とする場合に比べて反射率を高くすることが可能である。
In such a reflection type liquid crystal display device using cholesteric liquid crystal, generally, after applying a voltage higher than a threshold value for homeotropic alignment, it rapidly becomes planar alignment when the electric field is removed, and the cholesteric liquid crystal has a helical pitch. Corresponding reflection color will be shown. However, once passing through homeotropic alignment, an expensive drive IC is required because of a high drive voltage, and there is a problem that the number of drive ICs drastically increases and the cost increases with the increase in definition. In addition, in the planar alignment state by an electric field, there is a problem that the reflectivity is low and the original reflectivity of the liquid crystal cannot be sufficiently utilized. Therefore, in order to obtain a sufficient reflectance, it is necessary to increase the thickness of the liquid crystal layer, and as a result, the drive voltage becomes high.
On the other hand, if the cholesteric liquid crystal layer is brought into a planar state by applying pressure, the reflectance can be increased as compared with the case where the planar alignment state is brought about by an electric field.
図2は、コレステリック液晶層(厚み:2μm)を圧力印加によって初期化した場合(菱形プロットを結ぶ特性曲線)と、電圧印加(20V)によって初期化した場合(四角プロットを結ぶ特性曲線)において、ある矩形電圧を300ms印加することによって書込みを行うときの駆動電圧−反射率特性を示している。図2に示されるように、コレステリック液晶の配向状態は、電界強度に応じて、プレーナ状態(P)、フォーカルコニック状態(Fc)、ホメオトロピック状態を超える電圧からは再びプレーナ状態(P)に変化する。 FIG. 2 shows a case where the cholesteric liquid crystal layer (thickness: 2 μm) is initialized by applying a pressure (characteristic curve connecting rhombus plots) and a case where it is initialized by applying a voltage (20 V) (characteristic curve connecting square plots). The drive voltage-reflectance characteristic when writing is performed by applying a certain rectangular voltage for 300 ms is shown. As shown in FIG. 2, the orientation state of the cholesteric liquid crystal changes from the voltage exceeding the planar state (P), the focal conic state (Fc), and the homeotropic state again to the planar state (P) according to the electric field strength. To do.
通常、電圧のみで画像書き込みを行う場合、特定領域の液晶層をホメオトロピック状態からプレーナ状態(P‘)又はフォーカルコミック状態(Fc)に配向状態を変化させて画像の書き込みが行われるため、液晶層の厚みを2μm程度に薄くしても少なくとも20V程度の駆動電圧が要求される。
一方、液晶層を圧力によってプレーナ状態(P)とした場合、プレーナ状態で高い反射率が得られ、10V程度でフォーカルコニック状態(Fc)となる。すなわち、圧力によって液晶層全体をプレーナ状態(P)とした後、画像データに応じた特定領域に10V程度の電圧を印加してフォーカルコニック状態(Fc)として反射率を変化させることで、画像書き込みを行うことができる。
Normally, when image writing is performed only by voltage, the liquid crystal layer in a specific region is written by changing the alignment state from the homeotropic state to the planar state (P ′) or the focal comic state (Fc). Even if the thickness of the layer is reduced to about 2 μm, a driving voltage of at least about 20 V is required.
On the other hand, when the liquid crystal layer is brought into a planar state (P) by pressure, a high reflectance is obtained in the planar state, and a focal conic state (Fc) is obtained at about 10V. That is, after the entire liquid crystal layer is brought into a planar state (P) by pressure, a voltage of about 10 V is applied to a specific region corresponding to the image data to change the reflectance in a focal conic state (Fc), thereby writing an image. It can be performed.
<第1の実施形態>
図3は、第1の実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示している。本実施形態に係る液晶表示装置11は、液晶表示媒体20と静電アクチュエータ30とを備えている。静電アクチュエータ30は液晶表示媒体20の表示面とは反対側に配置され、液晶表示媒体20と一体化されている。このような構成の液晶表示装置11では、静電アクチュエータ30により液晶表示媒体20の液晶層23に応力を印加してプレーナ状態にした後、液晶表示媒体20の一対の電極22,25を通じて画像データに応じた特定領域に電圧が印加されることにより液晶層23の配向状態が変化して画像が表示される。また、画像の書き込み時以外では無電源で画像が保持されるため、低電圧での画像表示が可能である。
<First Embodiment>
FIG. 3 schematically shows the liquid crystal display device according to the first embodiment. The liquid
(液晶表示媒体)
図4は、液晶表示媒体20の構成を概略的に示している。この液晶表示媒体20は、片面にそれぞれ電極22,25が形成された2つの基板21,26が対向配置され、一対の電極22,25間にコレステリック液晶層(適宜「液晶層」という)23が配置されている。液晶層23の配向状態によって外光(入射光)を反射又は透過させて画像が表示される。
(Liquid crystal display medium)
FIG. 4 schematically shows the configuration of the liquid
−基板−
各基板21,26は、液晶層23等を間に保持するとともに、外力に耐える強度を有するシート状の部材で構成される。
基板21,26を構成する具体的な材料としては、無機シート(例えばガラス、シリコン基板)、高分子フィルム(例えばポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート)等が挙げられる。例えば、本実施形態に係る液晶表示装置を電子ペーパとする場合は、基板21,26はフレキシブル性を有することが好ましく、高分子フィルムが好適である。
-Board-
Each of the
Specific materials constituting the
表示面側の基板21は、少なくとも入射光を透過し、液晶層23の配向状態によって表示される画像を目視することが可能な透明基板である。通常は、可視光全域にわたって透過性を有する透明基板を用いればよいが、表示する特定の波長域のみ光透過性を有する透明基板を用いてもよい。また、外側表面に、防汚膜、耐磨耗膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
表示面側の基板21の厚みは、材質等にもよるが、液晶層23等を保護するための強度、フレキシブル性等を考慮し、通常は、0.025〜2mm程度とする。
The
Although the thickness of the
一方、静電アクチュエータ30と接する非表示側の基板26には、液晶層23を透過した光を吸収する光吸収層27が形成されている。光吸収層27は、可視波長域全域(400〜700nm)を吸収する黒色の色材、例えば、カーボンブラックやアニリンブラックなどの黒色顔料や黒色染料を含む塗料や、酸化クロムなどの無機材料を用いて形成される。
非表示側の基板26の厚みは、静電アクチュエータ30による応力が液晶層23に伝わる厚みとする必要があり、材質等にもよるが、通常は、25〜200μm程度とする。
On the other hand, a
The thickness of the
−電極−
本実施形態に係る液晶表示装置はパッシブマトリクス型であり、各基板21,26には、一方は陽極、他方は陰極となるように、ストライプ状の電極22,25がそれぞれ形成されている。このようなストライプ状の電極22,25が交差するように配置され、電極22が交差する領域の液晶層23に電圧が印加される。画像データに応じた特定領域において電極22,25を通じて液晶層23に電圧を印加することで配向状態が変化し、それにより特定波長の光に対する反射率が変化することになる。
-Electrode-
The liquid crystal display device according to the present embodiment is a passive matrix type, and
電極22,25としては、具体的には、金属(例えば金、アルミニウム)、金属酸化物(例えば酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO))、導電性有機高分子(例えばポリチオフェン系、ポリアニリン系)などで形成された導電性薄膜を挙げることができる。なお、表示面側の電極は少なくとも入射光を透過する透明電極とする。透明電極は、可視光全域にわたって透過性をもつものでもよいし、表示させる波長域のみ透過性を有していてもよい。光透過性、成膜性などの観点から、ITO電極が好ましい。
Specifically, as the
−配向膜−
電極22,25上には配向膜(不図示)が形成されている。配向膜は液晶分子を一定の方向に配列するための膜であり、本実施形態では、液晶層23の配向状態をフォーカルコニックにするための垂直配向膜が設けられている。配向膜の形成は、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの樹脂、アルキルアンモニウム化合物やアルキルシラン化合物などの低分子表面改質剤、SiOなどの無機薄膜などが用いられる。例えば、電極膜上にポリイミド樹脂などの樹脂材料を用いて成膜した後、ラビングにより一定方向に溝を形成することで垂直配向膜を形成する事もできる。
-Alignment film-
An alignment film (not shown) is formed on the
−隔壁−
上下の電極22,25間には、液晶層23を区画する隔壁(リブ)24が形成されている。例えば、上下の電極22,25の間に格子状の隔壁24を形成することで、隔壁24により囲まれた液晶層23がそれぞれ画素を形成することになる。
隔壁24は、例えば、透明基板21上に形成した配向膜上にネガレジスト又はポジレジストを塗布し、フォトマスクを用いて所定のパターンに露光した後、現像することにより形成する。
-Bulkhead-
A partition wall (rib) 24 that partitions the
The
−液晶層−
液晶層23は主にコレステリック液晶により構成されている。液晶層23は、対向する電極22,25間に隔壁24によって区画された状態で配置されており、特定の領域における液晶層23の配向状態が変化することで、入射光のうち特定波長の光の反射・透過状態が変調する。また、コレステリック液晶の特性であるメモリ性により、選択された配向状態が電圧無印加で保持される。
-Liquid crystal layer-
The
コレステリック液晶として使用可能な具体的な液晶としては、ネマチック液晶(例えばシッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、安息香酸エステル系、ビフェニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、ジオキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系、シクロヘキシルエタン系、シクロヘキサン系、トラン系、アルケニル系、スチルベン系、縮合多環系)、またはこれらの混合物に、カイラル剤(例えばステロイド系コレステロール誘導体、シッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系)を添加したもの等を挙げることができる。 Specific liquid crystals that can be used as cholesteric liquid crystals include nematic liquid crystals (eg, Schiff base, azo, azoxy, benzoate, biphenyl, terphenyl, cyclohexylcarboxylate, phenylcyclohexane, biphenyl). Cyclohexane, pyrimidine, dioxane, cyclohexyl cyclohexane ester, cyclohexyl ethane, cyclohexane, tolan, alkenyl, stilbene, condensed polycyclic), or mixtures thereof, and chiral agents (eg, steroid cholesterol derivatives) , Schiff base, azo, ester, biphenyl) and the like.
コレステリック液晶の螺旋ピッチは、ネマチック液晶に対するカイラル剤の添加量で調整される。例えば、表示色を青、緑、又は赤とする場合には、それぞれ選択反射の中心波長が、例えば400nm〜500nm、500nm〜600nm、又は600nm〜700nmの範囲になるようにネマチック液晶とカイラル剤の配合量を調整すればよい。
また、コレステリック液晶の螺旋ピッチの温度依存性を補償するために、ねじれ方向が異なる、または逆の温度依存性を示す複数のカイラル剤を添加する公知の手法を用いてもよい。
The helical pitch of the cholesteric liquid crystal is adjusted by the amount of chiral agent added to the nematic liquid crystal. For example, when the display color is blue, green, or red, the nematic liquid crystal and the chiral agent are set so that the center wavelength of selective reflection is, for example, in the range of 400 nm to 500 nm, 500 nm to 600 nm, or 600 nm to 700 nm. What is necessary is just to adjust a compounding quantity.
Further, in order to compensate for the temperature dependence of the helical pitch of the cholesteric liquid crystal, a known method of adding a plurality of chiral agents having different twist directions or opposite temperature dependence may be used.
(静電アクチュエータ)
図5は、静電アクチュエータ30の構成を概略的に示している。本実施形態に係る静電アクチュエータ30は対向平板型であり、液晶表示媒体20の表示面の背後(表示面とは反対側)において液晶表示媒体20と一体化されている。対向配置された基板31,36にそれぞれ電極32,35が形成されており、電極32,35間に電圧を印加することで上部基板31が変形する。静電アクチュエータ30は液晶表示媒体20と一体化されているため、静電アクチュエータ30の上部基板31の変形に伴い、液晶表示媒体20に応力が印加されて液晶層23をプレーナ状態とすることができる。
(Electrostatic actuator)
FIG. 5 schematically shows the configuration of the
−基板−
静電アクチュエータ30の上部基板31は、電極32,35間の電圧の印加の有無によって上下動するように構成される。例えば、液晶表示媒体20の基板21,26を構成する材料として挙げた高分子材料のほか、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリオレフィン、ポリオレフィン等が挙げられる。上部基板31の厚みは、その材質等にもよるが、上下動して液晶表示媒体20に対して応力を印加できるように、通常は1〜25μm程度とする。
-Board-
The
一方、背面基板36は、電極32,35間に電圧が印加されてもほとんど変形しないものとし、具体的な材質としては、前記した液晶表示媒体の基板21,26を構成する材料として挙げた高分子材料が挙げられる。背面基板36の厚みはその材質等にもよるが、電圧を印加したときに変形することを防ぐため、通常は50μm〜2mm程度とする。
On the other hand, the
−電極−
静電アクチュエータ30を構成する上下の電極32,35としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば、液晶表示媒体20を構成する電極22,25と同様の導電性材料により形成される。導電性、成膜性等の観点から、特に、Al電極が好ましい。なお、静電アクチュエータ30は、液晶表示媒体20の液晶層全体に対して一括して応力を印加するため、上下の電極32,35は各基板31,36の片面全体にそれぞれ共通電極として形成される。
-Electrode-
The upper and
−隔壁−
静電アクチュエータ30の基板31,36間には、液晶表示媒体20の液晶層23を仕切る隔壁24に対応した位置に隔壁34が設けられている。ここで、「対応した位置」とは、基板31の垂直上から平面視したときに略同一の位置に存在することを意味し、具体的には、静電アクチュエータ30の電極32,35間に電圧を印加したときに、液晶表示媒体20の隔壁24の存在によって中央の基板31,26の上下動が抑制されない位置を意味する。
液晶表示媒体20の隔壁24を形成する際に用いたマスクと同じものを用いれば、同様のパターンで隔壁34を形成することができる。隔壁34を構成する材料としては、ネガレジスト又はポジレジストが挙げられる。隔壁34で仕切られた基板31,36間の空間には空気が封入されている。
このような静電アクチュエータ30側の隔壁34は必須ではないが、液晶表示媒体20の液晶層23の隔壁24に対応して静電アクチュエータ30の基板31,36間にも隔壁34が設けられていれば、静電アクチュエータ30の電極32,35間に電圧を印加したときに、液晶表示媒体20側の隔壁24で仕切られている個々の液晶層23に対し、より均等に応力を印加して全体の液晶層23をより確実に初期化(プレーナ配向状態の生成)することができる。
-Bulkhead-
A
If the same mask as that used for forming the
The
このような構成の静電アクチュエータ30において、静電気力は、ギャップ間隔の2乗に反比例する。従って、低電圧で大きな力を得るには電極間隔dを小さくすればよい。例えば、上部基板31の厚みを薄くするほど静電アクチュエータ30により生じる応力は大きくなる。本実施形態では上部基板31の電極32が液晶表示媒体20に面するように配置され、電極32,35間には上部基板31が介在しているため、上部基板31が上下動しても電極32,35間のショートが防止されるが、両基板31,36の電極32,35同士を対向させ、電極32,35間に絶縁体を配置してショートを防止してもよい。
In the
上記のような液晶表示媒体20の光吸収層27側の面と、静電アクチュエータ30の上部電極32が形成されている面を、接着層(不図示)を介して張り合わせる。このとき、液晶表示媒体20の隔壁24の位置と静電アクチュエータ30の隔壁34の位置とが一致するように張り合わせる。これにより本実施形態に係る反射型の液晶表示装置11が得られる。
そして、本実施形態に係る液晶表示装置11では、静電アクチュエータ30の両電極32,35間に電圧を印加して上部基板31が変形することにより液晶表示媒体20の液晶層23に応力が加わり、液晶層23がプレーナ配向状態となって入射光を反射し、液晶表示媒体20の一面全体において白表示となる。
The surface of the liquid
In the liquid
このように静電アクチュエータ30によって液晶層23をプレーナ状態にして一括してリセットした後、例えば画像データの入出力を制御するメインコントローラ等の外部からの画像データに応じて液晶表示媒体20の電極22,25間の特定領域に電圧が印加される。電圧が印加された液晶層23では、プレーナ配向状態からフォーカルコニック状態に変化する。フォーカルコニック状態では、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ平行になり、入射光は液晶層23を透過する。従って、フォーカルコニック状態となった液晶層23では、入射光は液晶層23を透過して光吸収層27に吸収され、選択的に暗表示(黒表示)が形成される。
In this way, after the
このように画像データに応じた特定領域の液晶層23をプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化させることで画像表示が行われるが、例えば液晶層23の厚みが2μmであれば、プレーナ状態からフォーカルコニック状態への変化は10V程度の低電圧で実現される。すなわち、静電アクチュエータ30の応力印加により液晶表示媒体20の液晶層23をプレーナ配向状態として初期化した上で、外部から入力された画像データに基づいて特定領域の液晶層23をフォーカルコニック状態とすることにより、低電圧で画像の書き込みが行われることとなる。
従って、例えば、液晶表示媒体の電極間電界のみで駆動させる従来の液晶表示装置では約40Vの駆動電圧が出力可能な駆動ICが必要であった場合に比べ、本実施形態に係る液晶表示装置11では、静電アクチュエータ30を駆動する電圧には構成により大きな電圧が必要であるが、10V程度の駆動電圧が出力可能な駆動ICで駆動することができ、大幅な低コスト化を図ることができる。
In this way, an image is displayed by changing the
Therefore, for example, in the conventional liquid crystal display device that is driven only by the electric field between the electrodes of the liquid crystal display medium, the liquid
<第2の実施形態>
図6は、第2の実施形態に係る液晶表示装置を示している。本実施形態に係る液晶表示装置12では、液晶表示媒体において透明基板26aを介して第1の液晶層23aと第2の液晶層23bが積層されており、一方が左旋光の液晶層であり、他方が右旋光の液晶層である。各液晶層23a,23bは別々の電極22a,25a,22b,25b間に配置され、また、対応するパターンで形成された隔壁24a,24bによってそれぞれ仕切られている。静電アクチュエータ30の構成は第1の実施形態と同様である。
<Second Embodiment>
FIG. 6 shows a liquid crystal display device according to the second embodiment. In the liquid
コレステリック液晶が示すプレーナ相は、螺旋軸に平行に入射した光を右旋光と左旋光に分け、螺旋のねじれ方向に一致する円偏光成分をブラッグ反射し、残りの光を透過させる選択反射現象を起こす。従って、右旋光又は左旋光のいずれか単層の液晶層では、入射光の約半分が反射されずに透過することになる。 The planar phase of the cholesteric liquid crystal is a selective reflection phenomenon that splits light incident parallel to the helical axis into right-handed and left-handed light, Bragg-reflects circularly polarized light components that coincide with the helical twist direction, and transmits the remaining light. Wake up. Therefore, in either the right-handed rotation or the left-handed right-handed liquid crystal layer, about half of the incident light is transmitted without being reflected.
一方、図6に示すように、左旋光と右旋光の各液晶層23a,23bが積層された構成であれば、単層の場合に比べて反射率が向上するため、一層明るい表示が可能となるとともに、コントラストの向上が図られる。各液晶層23a,23bは、各液晶層23a,23bを挟み込む電極22a,25a,22b,25bによって別々に駆動される。従って、同じ画素内で積層している2つの液晶層23a,23bを別々に駆動して異なる配向状態にすることもできるため、単層の場合に比べて反射率を他段階に調整することも可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 6, if the left-handed and right-handed
なお、2つの液晶層23a,23bの間に配置される透明基板26aは、リタデーション(位相差)が大きいと、第1の液晶層23aを透過した光が基板内部で回って偏向し、反射率又は透過率の低下を招いてしまう。そのため、液晶層間の透明基板26aはリタデーションが小さいことが好ましく、具体的には、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン及び環状ポリオレフィンから選択される1種以上により構成されることが好ましく、特に、ポリエーテルスルホンが好ましい。
また、透明基板26aの厚みは、光透過性の低下や、液晶層23a,23bを初期化する際に静電アクチュエータ30の駆動電力が大きくなることを抑制するため、1〜25μm程度とすればよい。
Note that when the
Further, the thickness of the
なお、各液晶層23a,23bは、静電アクチュエータ30によって同時に応力が加わるため一括して初期化されるが、液晶層ごとに静電アクチュエータを設けて液晶層ごとに加圧して初期化する構成としてもよい。このような構成とする場合は、液晶層23a,23b間に配置される静電アクチュエータの基板及び電極は光透過性を有する材料によって構成すればよい。
The
<第3の実施形態>
図7は、第3の実施形態に係る液晶表示装置を示している。本実施形態に係る液晶表示装置13では、第1の液晶層23aと第2の液晶層23bが光透過性の膜29を介して積層されており、一方が左旋光の液晶層であり、他方が右旋光の液晶層である。各液晶層23a,23bは同じ電極22,25間に配置されており、各液晶層23a,23bは同時に駆動される。静電アクチュエータ30の構成は第1の実施形態と同様であり、2つの液晶層23a,23bは同時に応力が加わって一括してリセットされる。
<Third Embodiment>
FIG. 7 shows a liquid crystal display device according to the third embodiment. In the liquid
本実施形態に係る液晶表示装置13では、2つの液晶層23a,23bが同じ電極22,25間に配置されて同時に駆動されるため、第2の実施形態に係る液晶表示装置12よりも駆動電圧は高くなるが、2つの液晶層23a,23bの間には電極が介在しないため光透過性が高くなり、コントラストを一層向上させることが可能となる。
In the liquid
<第4の実施形態>
図8は、第4の実施形態に係る液晶表示装置を示している。本実施形態に係る液晶表示装置14では、液晶表示媒体において互いに異なる波長域の光(青、緑、又は赤)を選択的に反射する3つの液晶層23B,23G,23Rが積層されている。各液晶層23B,23G,23Rの間には透明基板26a,26bが設けられており、第2の実施形態と同様、各液晶層23B,23G,23Rはそれぞれ独立して駆動する電極22a,25a,22b,25b,22c,25c間に挟まれているとともに、隔壁24a,24b,24cによりそれぞれ区画されている。各液晶層23B,23G,23Rの表示色はコレステリック液晶の螺旋ピッチに依存するため、各層23B,23G,23Rの選択反射の中心波長が、例えば、400nm〜500nm(青)、500nm〜600nm(緑)、又は600nm〜700nm(赤)の範囲になるようにそれぞれネマチック液晶とカイラル剤の配合量を調整すればよい。
<Fourth Embodiment>
FIG. 8 shows a liquid crystal display device according to the fourth embodiment. In the liquid
このようにカラー表示を行う場合は、必要に応じて、液晶層23B,23G,23Rの片面側にフィルター又は光吸収層を形成してもよい。表示面を斜め方向から見た場合、各液晶層で反射される光の波長が変化して違った色に見える場合がある。特に、赤色の波長の光を反射する液晶層では、反射波長の移動が大きく、反射光が短波長側に移動(いわゆるブルーシフト)して表示が見え難くなる。例えば、緑色の光を反射すべき液晶層23Gと、赤色の光を反射すべき液晶層23Rとの間に赤色フィルターを設けることで、ブルーシフトが抑制される。
When performing color display in this way, a filter or a light absorption layer may be formed on one side of the liquid crystal layers 23B, 23G, and 23R as necessary. When the display surface is viewed from an oblique direction, the wavelength of light reflected by each liquid crystal layer may change and appear different colors. In particular, in a liquid crystal layer that reflects light having a red wavelength, the reflected wavelength moves greatly, and the reflected light moves to the short wavelength side (so-called blue shift), so that the display becomes difficult to see. For example, the blue shift is suppressed by providing a red filter between the liquid crystal layer 23G that should reflect green light and the
例えば、赤色フィルターとしては、日立化成社製PD400R・FX1、黄色フィルターとしては、JSR社製オプトマーSS2191/日本化薬社製Kayaset Yellow K−CL(1wt%)、黄色反射層用フィルターとしては、JSR社製オプトマーSS2191/日本化薬社製Kayaset Orange A−N(1wt%)が用いられる。 For example, PD400R / FX1 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. as a red filter, Optomer SS2191 manufactured by JSR Co., Ltd., Kayase Yellow K-CL (1 wt%) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., and JSR as a filter for yellow reflective layer Optomer SS2191 / manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., Kayase Orange A-N (1 wt%) is used.
本実施形態に係る液晶表示装置14では、各液晶層23B,23G,23Rに印加する電圧をそれぞれ独立して制御することができるため、各液晶層23B,23G,23Rの配向状態、すなわち、反射・透過状態を独立して制御することでフルカラー表示が可能である。ただし、本実施形態でも液晶層23B,23G,23Rごとに静電アクチュエータを設けて液晶層ごとに初期化する構成としてもよい。
また、各液晶層の選択反射波長は上記3色に限定されず、互いに異なる波長域の光を選択的に反射する液晶層を2層積層した構造としても良いし、4層以上積層した構造としてもよい。
In the liquid
The selective reflection wavelength of each liquid crystal layer is not limited to the above three colors, and may be a structure in which two liquid crystal layers that selectively reflect light in different wavelength ranges are laminated, or a structure in which four or more layers are laminated. Also good.
以下、実施例について説明する。
<液晶表示媒体の作製>
−電極の形成−
片面にITO膜が形成されているポリエーテルスルホン(PES)フィルム(住友ベークライト社製、100μm厚、100Ω/sq.)を2枚用意し、それぞれ1cm幅の5本の短冊状電極が1mm間隔で並列するようにITO膜をパターニングした。
Examples will be described below.
<Production of liquid crystal display medium>
-Electrode formation-
Two polyethersulfone (PES) films (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., 100 μm thickness, 100 Ω / sq.) Having an ITO film formed on one side are prepared, and 5 strip-shaped electrodes each having a width of 1 cm are provided at intervals of 1 mm. The ITO film was patterned so as to be arranged in parallel.
−配向膜の形成−
SE7511L(日産化学社製、垂直配向用)をエチルセロソルブで10倍に希釈した。この溶液を各基板のITO電極が形成されている面にスピンコートした後、加熱して垂直配向膜を形成した。
-Formation of alignment film-
SE7511L (Nissan Chemical Co., Ltd., for vertical alignment) was diluted 10 times with ethyl cellosolve. This solution was spin-coated on the surface of each substrate on which the ITO electrode was formed, and then heated to form a vertical alignment film.
−リブの形成−
一方の基板に形成した配向膜上にリブ用ネガレジストKI1000−V10(日立化成社製、4μm厚)をスピンコートした。フォトマスクを介して露光した後、現像した。これにより縦横1cm間隔で幅1mmのリブパターンを形成した。
-Rib formation-
A negative resist KI1000-V10 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., 4 μm thickness) was spin-coated on the alignment film formed on one substrate. Development was carried out after exposure through a photomask. As a result, rib patterns having a width of 1 mm were formed at intervals of 1 cm in length and width.
−液晶層の形成−
リブまで形成したPESフィルムと配向膜まで形成したフィルムを、各フィルムに形成した短冊状の電極が直交するように対向させた。そして、フィルム間に液晶組成物をラミネートし、2枚の基板の周辺部をUV硬化性樹脂を介して張り合わせてUV硬化した。
液晶としてはE44(ホスト・ネマチック液晶、メルク社製)を用いた。また、カイラル剤としてはR−811及びR−1011(メルク社製)を用い、各々の混合比は811/1011=4/1である。なお、各色に対する液晶組成物全体におけるカイラル剤の混合比は、例えば、青色(440nm)の場合は23wt%、緑色(520nm)の場合は20.2wt%、赤色の場合は(610nm)で16.8wt%である。
-Formation of liquid crystal layer-
The PES film formed up to the ribs and the film formed up to the alignment film were opposed so that the strip-shaped electrodes formed on each film were orthogonal to each other. Then, the liquid crystal composition was laminated between the films, and the peripheral portions of the two substrates were bonded together via a UV curable resin and UV cured.
As the liquid crystal, E44 (host nematic liquid crystal, manufactured by Merck & Co., Inc.) was used. Moreover, R-811 and R-1011 (made by Merck) are used as a chiral agent, and each mixing ratio is 811/1011 = 4/1. The mixing ratio of the chiral agent in the entire liquid crystal composition with respect to each color is, for example, 23 wt% for blue (440 nm), 20.2 wt% for green (520 nm), and (610 nm) for red (16 nm). 8 wt%.
<静電アクチュエータの作製>
−電極の形成−
250μm厚のPESフィルムの片面にアルミニウムを蒸着させた。
<Production of electrostatic actuator>
-Electrode formation-
Aluminum was deposited on one side of a 250 μm thick PES film.
−リブの形成−
次に、Al膜上にSU−8(エポキシ系樹脂、MicorChem社)を用いてリブ(厚さ:5μm)を形成した。このとき、液晶表示媒体におけるリブの形成に用いたフォトマスクを用いて液晶表示媒体と同様のリブパターンを形成した。
-Rib formation-
Next, ribs (thickness: 5 μm) were formed on the Al film using SU-8 (epoxy resin, MicorChem). At this time, the same rib pattern as the liquid crystal display medium was formed using the photomask used for forming the rib in the liquid crystal display medium.
−フィルムの張り合わせ−
次に、厚さ12μmのサラン樹脂(塩化ビニリデン樹脂)フィルムにアルミニウムを蒸着してAl膜を形成し、サラン樹脂面が、PESフィルムのリブ側になるようにサラン樹脂フィルムとPESフィルムを張り合わせた。これにより静電アクチュエータを作製した。
-Laminating films-
Next, aluminum was deposited on a 12 μm-thick saran resin (vinylidene chloride resin) film to form an Al film, and the saran resin film and the PES film were laminated so that the saran resin surface was on the rib side of the PES film. . This produced the electrostatic actuator.
<液晶表示媒体と静電アクチュエータの一体化>
液晶表示媒体の光吸収層側の面と、静電アクチュエータのサラン樹脂フィルムに形成したAl面をラミネートで張り合わせた。これにより図1に示すような構成を有する液晶表示装置が製造された。この液晶表示装置は、初期化(プレーナー配向化)のための静電アクチュエータの駆動に5Hz、50V程度、液晶のフォーカルコニック配向化に50Hz、23V程度の駆動電圧により表示が可能であった。
<Integration of liquid crystal display medium and electrostatic actuator>
The surface on the light absorption layer side of the liquid crystal display medium and the Al surface formed on the Saran resin film of the electrostatic actuator were laminated together. As a result, a liquid crystal display device having a configuration as shown in FIG. 1 was manufactured. This liquid crystal display device was able to display with a driving voltage of about 5 Hz and 50 V for driving an electrostatic actuator for initialization (planar alignment) and a driving voltage of about 50 Hz and 23 V for focal conic alignment of liquid crystal.
本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されず、適宜変更を加えてもよい。例えば、上記実施形態及び実施例では、液晶表示媒体と静電アクチュエータをそれぞれ別々に作製して張り合わせて液晶表示装置としたが、例えば、図9に示すように、液晶表示媒体と静電アクチュエータが、同じ基板28を介して一体化されている液晶表示装置15としてもよい。例えば、光吸収層が形成された基板あるいは光吸収性を有する基板28を用い、一方の面には液晶表示媒体の電極25を、他方の面には静電アクチュエータの電極32をそれぞれ形成すればよい。このような構成の液晶表示装置であれば、薄型化及び軽量化を一層図ることができるとともに、静電アクチュエータによる応力が液晶層23に一層伝わり易くなり、一括リセットが一層容易となる。
The present invention is not limited to the above embodiments and examples, and may be modified as appropriate. For example, in the above embodiment and example, the liquid crystal display medium and the electrostatic actuator are separately manufactured and bonded to form a liquid crystal display device. For example, as shown in FIG. The liquid
また、液晶表示媒体と静電アクチュエータが、共通の電極を利用する形態としてもよい。例えば、図10に示すように、液晶表示媒体の表示側の基板21にはマトリクス状の隔壁24によって仕切られたアクティブタイプの画素電極22Aを設け、液晶表示媒体と静電アクチュエータとの間には液晶表示媒体側の面に共通電極25Aを設けた共通基板26を設ける。なお、共通電極25Aは共通基板26の静電アクチュエータ側の面に設けてもよい。本実施形態に係る液晶表示装置16でも、電極25A,35間に電圧を印加して中央の基板26が変形することにより液晶表示媒体の液晶層23に応力が加わり、液晶層23をプレーナ状態にした後、電極22A,25Aを通じて画像データに応じた特定領域に電圧が印加されることにより液晶層23の配向状態が変化して画像が表示され、画像の書き込み時以外では無電源で画像が保持されるため、低電圧での画像表示が可能である。
In addition, the liquid crystal display medium and the electrostatic actuator may use a common electrode. For example, as shown in FIG. 10, the
11,12,13,14,15,16 液晶表示装置
20 液晶表示媒体
21,26 基板
22,22a,22b,22c,22A 電極
23,23a,23b,23B,23G,23R 液晶層
24,24a,24b,24c 隔壁
25,25a,25b,25c,25A 電極
26,26a,26b,26c 基板
27 光吸収層
28 基板
29 膜
30 静電アクチュエータ
31 基板
32 電極
34 隔壁
35 電極
36 基板
11, 12, 13, 14, 15, 16 Liquid
Claims (3)
前記コレステリック液晶表示媒体の表示面とは反対側に配置されている静電アクチュエータと、を具備し、
前記静電アクチュエータにより前記液晶表示媒体に圧力を印加して前記液晶層をプレーナ状態にした後、画像データに応じて前記液晶表示媒体の特定領域に前記一対の電極を通じて電圧が印加されることにより前記液晶層の配向状態を変化させて画像を表示することを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display medium in which a cholesteric liquid crystal layer is disposed between a pair of opposed electrodes, and an image is displayed by reflecting or transmitting external light depending on an alignment state of the liquid crystal layer;
An electrostatic actuator disposed on the opposite side of the display surface of the cholesteric liquid crystal display medium,
By applying pressure to the liquid crystal display medium by the electrostatic actuator to bring the liquid crystal layer into a planar state, a voltage is applied to the specific area of the liquid crystal display medium through the pair of electrodes according to image data. A liquid crystal display device, wherein an image is displayed by changing an alignment state of the liquid crystal layer.
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